DE69905948T2

DE69905948T2 - Kommunikationssystem mit reduzierter leistungsvariation und verfahren dafür

Info

Publication number: DE69905948T2
Application number: DE69905948T
Authority: DE
Inventors: Rorie O'neill
Original assignee: Motorola Ltd
Current assignee: Motorola Solutions UK Ltd
Priority date: 1998-07-11
Filing date: 1999-07-05
Publication date: 2003-08-28
Anticipated expiration: 2019-07-06
Also published as: GB2339514A; US7031397B1; WO2000003552A2; EP1145573A3; EP1145573B1; DE69905948D1; GB9815025D0; WO2000003552A3; JP4294221B2; EP1145573A2; JP2002520961A

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem mit verminderter Leistungsschwankung, bei dem Daten von einem Sender über mehrere Unterkanäle zu einem Empfänger übertragen werden, und ein Verfahren dafür. Die Erfindung ist auf ein zellulares Kommunikationssystem anwendbar, aber nicht darauf beschränkt.

Hintergrund der Erfindung

In einem zellularen Kommunikationssystem kommuniziert jede der Mobilstationen normalerweise mit einer festen Basisstation. Die Kommunikation von der Mobilstation zur Basisstation ist als Aufwärtsverbindung oder Uplink bekannt, und die Kommunikation von der Basisstation zur Mobilstation ist als Abwärtsverbindung oder Downlink bekannt. Der gesamte Versorgungsbereich des Systems ist in eine Anzahl ge trennter Zellen unterteilt, die jeweils von einer einzigen Basisstation versorgt werden. Die Zellen sind normalerweise geographisch verschieden, wobei es einen sich mit benachbarten Zellen überlappenden Versorgungsbereich gibt. Wenn sich eine Mobilstation von dem Versorgungsbereich einer Zelle zu dem Versorgungsbereich einer anderen Zelle bewegt, besteht die Nachrichtenverbindung nicht mehr zwischen der Mobilstation und der Basisstation der ersten Zelle, sondern zwischen der Mobilstation und der Basisstation der zweiten Zelle. Dies ist als Weiterreichvorgang bekannt. Insbesondere können einige Zellen vollständig innerhalb des Versorgungsbereichs anderer größerer Zellen liegen.
Alle Basisstationen sind durch ein Festnetz miteinander verbunden. Dieses Festnetz umfasst Übertragungsleitungen, Schalter, Schnittstellen zu anderen Kommunikationsnetzen und verschiedene Steuergeräte, die zum Betrieb des Netzes erforderlich sind. Ein Ruf von einer Mobilstation wird durch das Festnetz zu dem für diesen Ruf spezifischen Ziel geleitet. Wenn der Ruf zwischen zwei Mobilstationen desselben Kommunikationssystems erfolgt, wird der Ruf durch das Festnetz zu der Basisstation der Zelle geleitet, in der sich die andere Mobilstation gerade befindet. Somit wird durch das Festnetz eine Verbindung zwischen den zwei versorgenden Zellen hergestellt. Alternativ wird der Ruf dann, wenn er zwischen einer Mobilstation und einem an das öffentliche Telefonnetz (PSTN) angeschlossenen Telefon erfolgt, von der versorgenden Basisstation zu der Schnittstelle zwischen dem zellularen mobilen Kommunikationssystem und dem öffentlichen Telefonnetz geleitet. Er wird dann durch das öffentliche Telefonnetz von der Schnittstelle zu dem Telefon geleitet.
Für die Kommunikation in zellularen und sonstigen Kommunikationsschemata sind viele verschiedene Modulationsverfahren bekannt. Bei einigen dieser Verfahren werden Daten über mehrere getrennte Unterkanäle von einem Sender zu einem Empfänger übertragen. Beispiele hierfür sind das orthogonale Frequenzmultiplex-Schema (OFDM) oder das mit einer Vielzahl von Codes arbeitende Codemultiplex-Schema (CDMA). Ein gemeinsames Merkmal dieser Modulationsschemata besteht darin, dass die Sendeleistung in Abhängigkeit von den Daten in den Unterkanälen stark schwankt, was zu einem hohen Spitze-Mittelwert-Verhältnis der Sendeleistung führt.
Ein Verfahren zum Verringern dieses Verhältnisses ist beschrieben in WO 98/11698, die ein OFDM-System beschreibt, wo "n"-Bit-Datenworte als 2m-Symbolworte codiert sind, wobei die Symbolworte so erzeugt werden, dass sich ein gewünschtes niedriges Spitze-Mittelwert-Verhältnis ergibt. Das Dokument offenbart die Einführung der Fehlerkorrektur durch Vergrößern des Codewortes gegenüber dem Datenwort und Übertragung der zusätzlichen Symbole über zusätzliche Unterkanäle.
Um die Verschlechterung und spektrale Ausbreitung der Übertragung zu begrenzen, erfordert ein hohes Spitze- Mittelwert-Verhältnis der Sendeleistung, dass der Ausgangsleistungsverstärker über einen breiten Dynamikbereich linear sein muss. Dadurch werden die Kosten und der Wirkungsgrad des Leistungsverstärkers signifikant beeinträchtigt. Dies ist vor allem ein Problem bei mobilen Kommunikationssystemen, wo ein niedriger Wirkungsgrad des Ausgangsverstärkers die Lebensdauer der Batterie der Mobilstation signifikant verringert.
Wesentliche Vorteile können also erzielt werden, wenn man die Schwankungen der Sendeleistung verringert.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung will ein System zum Verringern des Spitze-Mittelwert-Verhältnisses von Übertragungen in einem Kommunikationssystem mit Hilfe eines Unterkanalmodulationsschemas bereitstellen.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird ein Kommunikationssystem mit verminderter Leistungsschwankung bereitgestellt, bei dem Daten über mehrere Unterkanäle übertragen werden, wobei das System folgendes umfasst: wenigstens eine Einrichtung zum Erzeugen von Informationssymbolen; einen Unterkanalsender zur Übertragung von Kanalsymbolen auf einzelnen Unterkanälen in einem kombinierten Signal; wenigstens einen Codierer zum Codieren von Informationssymbolen in Kanalsymbole höherer Ordnung mit im Wesentlichen derselben Symbolrate, wobei die Codierung in Reaktion auf ein Vorwärtsfehlerkorrekturschema erfolgt und die Wahl zwischen redundanten Symbolwerten umfasst, um die Leistungsschwankung des kombinierten Signals zu vermindern; und einen Unterkanalempfänger, der die Kanalsymbole höherer Ordnung empfängt und die Informationssymbole aufbereitet, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Informationssymbol ein Kanalsymbol erzeugt wird.
Vorzugsweise ist die durchschnittliche Symbolenergie der Kanalsymbole im Wesentlichen dieselbe wie die der Informationssymbole, und die Codierung der Informationssymbole in Kanalsymbole höherer Ordnung wird für jeden Unterkanal unabhängig vorgenommen.
Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung ist das Vorwärtsfehlerkorrekturschema ein Trelliscodierschema.
Gemäß einem zweiten bevorzugten Merkmal der Erfindung umfasst der Codierer einen ersten Dateneingang für die Informationssymbole und wenigstens einen zweiten Dateneingang für Kompensationsdaten, wobei das Kommunikationssystem ferner eine Einrichtung zum Erzeugen von Kompensationsdaten umfasst, die die Amplitudenschwankungen des kombinierten Signals reduzieren.
Vorzugsweise ist das verwendete Kommunikationsschema ein orthogonales Frequenzmultiplex-Unterkanalkommunikationsschema (OFDM-Schema) oder ein mit einer Vielzahl von Codes arbeitendes Codemultiplex-Unterkanalkommunikationsschema (CDMA-Schema).
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren zum Vermindern der Leistungsschwankung in einem Kommunikationssystem bereitgestellt, bei dem Daten über mehrere Unterkanäle übertragen werden, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Es werden Informationssymbole erzeugt; es werden Kanalsymbole auf einzelnen Unterkanälen in einem kombinierten Signal übertragen; es werden Informationssymbole in Kanalsymbole höherer Ordnung mit im Wesentlichen derselben Symbolrate codiert, wobei die Codierung in Reaktion auf ein Vorwärtsfehlerkorrekturschema erfolgt und die Wahl zwischen redundanten Symbolwerten umfasst, um die Leistungsschwankung des kombinierten Signals zu vermindern; und es werden die Kanalsymbole höherer Ordnung empfangen und die Informationssymbole werden aufbereitet.
Die Erfindung ermöglicht somit eine Verminderung der Leistungsschwankung eines Unterkanalsenders, ohne die Leistung zu verschlechtern oder die Übertragungsbandbreite zu vergrößern, indem die Ordnung der Kanalsymbole erhöht wird, eine Vorwärtsfehlerkorrekturcodierung eingeführt und eine Wahl zwischen redundanten Symbolwerten getroffen wird, so dass eine Leistungsschwankung minimiert wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend, lediglich beispielhaft, anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben.
Fig. 1 veranschaulicht ein zellulares Kommunikationssystem nach dem Stand der Technik.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels einer einzelnen Nachrichtenverbindung zwischen einer Mobilstation und einer Basisstation, die mit einem mit herkömmlichen Mitteln arbeitenden Unterkanalmodulationsschema arbeitet.
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Senders mit 4 Unterkanälen, der mit einem OFDM-Modulationsschema arbeitet.
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm eines herkömmlichen OFDM- Unterkanalempfangers 400 für vier Unterkanäle.
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Unterkanalsenders mit 2 Kanälen, der mit einem mit einer Vielzahl von Codes arbeitenden CDMA-Unterkanalmodulationsschema arbeitet.
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm eines herkömmlichen, mit einer Vielzahl von Codes arbeitenden CDMA- Unterkanalempfängers mit 2 Kanälen.
Fig. 7 veranschaulicht die möglichen Modulationspunkte für ein QPSK-Symbol und einen kurzen Abschnitt der Spreizcodes für die zwei Unterkanäle.
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm eines OFDM- Unterkanalsenders mit 4 Kanälen gemäß der Erfindung.
Fig. 9 veranschaulicht die Modulationspunkte für ein BPSK-Symbol und ein 8-PSK-Symbol.
Fig. 10 veranschaulicht ein Beispiel für einen Trelliscodierer.

Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

Fig. 1 veranschaulicht ein zellulares Kommunikationssystem 100. In dem System kommuniziert eine Basisstation 101 mit einer Anzahl von Mobilstationen 103 über Funkkanäle 105. In dem zellularen System versorgt die Basisstation 101 Teilnehmer in einem bestimmten geographischen Gebiet 107, während andere geographische Gebiete 109, 111 von anderen Basisstationen 113, 115 versorgt werden. Normalerweise enthält jede der Basisstationen 101, 113, 115 einen Rundsendeträger plus ein oder mehr Verkehrsträger.
Fig. 2 veranschaulicht ein Beispiel für eine Verbindung zwischen einer Mobilstation 103 und einer Basisstation 101, die mit einem Unterkanalmodulationsschema arbeitet. In dem Beispiel werden die Daten aus einer einzigen Datenquelle 201 in einem Serien-Parallel-Umsetzer 203 in Unterkanäle getrennt. Alternativ können die Daten auf verschiedenen Unterkanälen aus verschiedenen Datenquellen stammen. Der Serien-Parallel-Umsetzer 203 ist mit einem Unterkanalsender 205 verbunden, der die Daten moduliert, das modulierte Signal verstärkt und mit Hilfe einer Antenne 207 über den Funkkanal 209 überträgt. Das Signal wird von einer Empfangsantenne 211 empfangen, die mit einem Unterkanalempfänger 213 verbunden ist, der die auf jedem einzelnen Unterkanal übertragenen Daten aufbereitet. In dem Beispiel werden die in den Unterkanälen empfangenen Daten durch einen Parallel-Serien-Umsetzer 215 zu einem einzigen Datenstrom kombiniert.
Fig. 3 veranschaulicht das Prinzip eines Unterkanalsenders 300 mit 4 Kanälen, der mit einem OFDM- Modulationsschema arbeitet. Die Daten in jedem Unterkanal werden zu einem Symbol-Mapper 301-307 übertragen, der die Daten zur Übertragung auf dem Unterkanal in ein komplexes Symbol umcodiert. Die komplexen Symbole werden zu dem OFDM- Modulator 309 übertragen, der ein OFDM-moduliertes Signal s(t) erzeugt, das gegeben ist durch
wobei di,k das Datensymbol i auf dem Unterkanal k ist, fk die Modulationsfrequenz des Unterkanals k ist, gegeben durch fk = k·f&sub0;, wobei f&sub0; die Frequenz des Unterkanals mit der niedrigsten Frequenz ist. Re(x) bezeichnet den Realteil von x, und rect(x) ist gegeben durch
Die einzelnen die Unterkanalinformation tragenden Unterkanäle werden somit durch den OFDM-Modulator zu einem kombinierten Signal kombiniert. Das kombinierte Signal wird in einem Multiplizierer (oder Mischer) 311 auf die Trägerfrequenz frequenzverschoben und durch einen Verstärker 313 zu der Antenne 207 übertragen.
Fig. 4 veranschaulicht das Prinzip eines OFDM- Unterkanalempfangers 400 für vier Unterkanäle. Das Signal von der Empfangsantenne 211 wird zu einem rauscharmen Verstärker 401 übertragen, und das verstärkte Signal wird zu einem Multiplizierer (oder Mischer) 403 übertragen, der das Signal zu einem komplexen Basisbandsignal herunterwandelt. Das heruntergewandelte Signal wird zu vier komplexen Multiplizierern übertragen, und das Ausgangssignal jedes Multiplizierers wird zu einem Integrierer 413-419 übertragen. Das Ausgangssignal auf dem Unterkanal k ist somit gegeben durch
wobei r(t) das heruntergewandelte empfangene Basisbandsignal ist. In jedem Unterkanal führt die Integration über eine Symbolperiode dazu, dass sich die Signale von anderen Unterkanälen aufheben, während das Signal in dem aktuellen Unterkanal zu einer Integration der zugrundeliegenden Impulsform wiederhergestellt wird, die in diesem Fall gegeben ist durch die Funktion rect(x). Der Ausgang der Integrierer wird zu Datenauswerteschaltungen 421-427 übertragen, die das empfangene Symbol schätzen und es in die empfangenen Daten in dem Unterkanal umcodieren bzw. mappen.
Eine ausführlichere Beschreibung der OFDM-Modulation findet sich in "COFDM-Modulation: an overview" von W. Y.
Zou und Y. Wu in IEEE Transactions on Broadcasting, Bd. 41, Nr. 1, S. 1-8, März 1995.
Fig. 5 veranschaulicht ein Beispiel für einen Unterkanalsender 500 mit 2 Kanälen, der mit einem mit einer Vielzahl von Codes arbeitenden CDMA-Unterkanalmodulationsschema arbeitet. Die Eingabedaten in den beiden Unterkanälen werden durch die Symbol-Mapper 501, 503 in komplexe Symbole umcodiert. Die komplexen Symbole werden in den Multiplizierern 505, 507 mit einem ersten Spreizcode multipliziert. Der erste Spreizcode ist für jeden Unterkanal verschieden, und vorzugsweise sind die Spreizcodes zwischen den Kanälen orthogonal. Die zwei Kanäle werden in einem Addierer 509 zusammenaddiert, und die Summe wird in diesem Beispiel durch Multiplikation mit einem gemeinsamen Spreizcode in einem zweiten Multiplizierer 511 gespreizt. Der Ausgang des Multiplizierers wird zu einem Quadraturmodulator 513 übertragen, und das resultierende Signal wird in einem Verstärker 515 verstärkt, bevor es durch die Antenne 517 gesendet wird.
Fig. 6 veranschaulicht das Prinzip eines mit einer Vielzahl von Codes arbeitenden CDMA-Unterkanalempfängers 600 mit 2 Kanälen. Das Funksignal wird von einer Antenne 601 empfangen und in einem rauscharmen Verstärker 603 verstärkt. Der Ausgang des Verstärkers 603 wird zu einem Quadratur-Abwärtswandler übertragen, der ein komplexes Basisbandsignal erzeugt. Dieses Signal wird durch den gemeinsamen Spreizcode in einem Multiplizierer 607 entspreizt, bevor es zu den Multiplizierern 609, 611 übertragen wird, wo das Signal in jedem Unterkanal mit dem Spreizcode entspreizt wird. Der Ausgang der Multiplizierer 609, 611 wird zu Symbolzeitintegrierern 613, 614 übertragen. Das Signal für den anderen Unterkanal wird für orthogonale Spreizcodes nach Null integriert, während das gewünschte Signal nach dem Entspreizen zu dem in diesem Unterkanal übertragenen nichtgespreizten Signal wiederhergestellt wird. Der Ausgang der Integrierer wird zu Datenauswerteschaltungen 617, 619 übertragen, die das empfangene Symbol schätzen und die Empfangsdaten in dem Unterkanal erzeugen.
Eine weitere Beschreibung von CDMA-Kommunikationssystemen findet sich in "Spread Spectrum CDMA Systems for Wireless Communications" von Savo Glisic und Branca Vucetic, Artech House, 1997, ISBN 0-89006-858-5 und in "Multi-Carrier Spread Spectrum Modulation with Reduced Dynamic Range" von V. Aue und G. P. Fettweis, Proceedings of IEEE 46th Vehicular Technology Conference, 1996, S. 914.
Sowohl in OFDM- als auch in CDMA-Unterkanalsendern werden sich die gesendeten komplexen Symbole infolge der relativen Phasendifferenz zwischen den Symbolen zu einem Signal mit veränderlicher Amplitude addieren. In Fig. 7 findet sich ein Beispiel für einen mit Vierphasen-Modulation (QPSK) arbeitenden 2-Kanal-CDMA-Sender.
Fig. 7(a) veranschaulicht die möglichen Modulationspunkte A, B, C, D für ein QPSK-Symbol, und Fig. 7(b) veranschaulicht ein Beispiel eines kurzen Abschnitts der Spreizcodes S&sub1; und S&sub2; für die zwei Unterkanäle. Angenommen die Symbolkonstellation A wird in beiden Unterkanälen übertragen, dann werden sich die Signale während des Zeitintervalls T&sub1; und T&sub3; konstruktiv addieren, was zu einem dem Punkt E in Fig. 7(a) entsprechenden summierten Signal führt. Während des Zeitintervalls T&sub2; werden die zwei Signale wegen der entgegengesetzten Vorzeichen der Spreizcodes in diesem Intervall entgegengesetzte Phasen haben, und die zwei Signale werden sich aufheben, was zu dem Modulationspunkt F in Fig. 7(a) führt. Die Amplitudenschwankung des gesendeten Signals reicht also von 2 während des Zeitintervalls T&sub1; und T&sub3; bis Null während des Zeitintervalls T&sub2;.
Wenn jedoch das Symbol A in dem ersten Unterkanal und das Symbol B in dem zweiten Unterkanal übertragen wird, werden sich die zwei Kanäle während T&sub1; und T&sub3; im Punkt G addieren und im Punkt H während des Intervalls T&sub2;. Die Amplitude sowohl von Punkt G als auch von Punkt H ist 2, und somit gibt es in diesem Fall keine Amplitudenschwankung.
Eine hohe Amplituden- bzw. Leistungsschwankung ist bei einem Sender von Nachteil, da er einen großen Dynamikbereich der Linearität des Leistungsverstärkers erfordert. Dies führt zu einer signifikanten Erhöhung der Komplexität und Kosten des Verstärkers und vermindert den Wirkungsgrad. Jegliche Nichtlinearität wird ferner das gesendete Signal verzerren und die Außerband-Übertragung vergrößern. Die Probleme werden noch verstärkt bei Mobilstationen, wo eine lange Lebensdauer der Batterie und Verstärker von geringer Komplexität erforderlich sind.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Spitze-Mittelwert-Verhältnis des Sendeleistungspegels verringert durch Umcodieren der Informationssymbole in Kanalsymbole höherer Ordnung und durch die Wahl zwischen redundanten Symbolwerten, so dass die Leistungsschwankung reduziert wird. Außerdem wird die Ordnung der Symbole erhöht, um eine Vorwärtsfehlerkorrekturcodierung zu ermöglichen, um die Verringerung des Mindestabstands zwischen den Symbolen zu kompensieren.
Der Begriff "Informationssymbole" bezeichnet die den Ursprungsdaten in dem entsprechenden Unterkanal direkt ent sprechenden Datensymbole vor jeglicher Verarbeitung wie zum Beispiel einer Vorwärtsfehlerkorrekturcodierung. Der Begriff "Kanalsymbole" bezeichnet die tatsächlich über die Funkverbindung übertragenen Symbole und umfasst somit jegliche Vorwärtsfehlerkorrekturcodierung, etc. Die Tatsache, dass ein Kanalsymbol von höherer Ordnung ist als ein Informationssymbol, bedeutet, dass es mehr Modulationspunkte des Symbols gibt, wie zum Beispiel bei einem QPSK-Symbol, das von höherer Ordnung ist als ein BPSK-Symbol.
Die Ausführungsform wird nachfolgend ausführlicher beschrieben für das spezielle Beispiel, wo die auf jedem Unterkanal zu übertragenden Daten in BPSK-Symbole umcodiert werden. Fig. 8 veranschaulicht die Ausführungsform für einen OFDM-Unterkanalsender 800 mit 4 Kanälen, der dem in Fig. 3 veranschaulichten entspricht. Die Symbol-Mapper 301-307 sind in diesem Fall speziell die BPSK-Symbol-Mapper 801-807. Der Ausgang der Symbol-Mapper 801-807 wird zu Codierern 809-815 übertragen, die die Informationssymbole in Kanalsymbole codieren, indem sie die Ordnung der Symbole erhöhen und die erhöhte Redundanz zur Verminderung der Leistungsschwankung und zur Durchführung einer Vorwärtsfehlerkorrekturcodierung verwenden.
Vorzugsweise wird der Codierer das BPSK-Signal mit Hilfe einer 2-Bit-Trelliscodierung in ein 8PSK-Signal umcodieren. Fig. 9 veranschaulicht die Modulationspunkte für ein BPSK-Symbol (Fig. 9(a)) und ein 8-PSK-Symbol (Fig. 9(b)). Fig. 10 veranschaulicht ein Beispiel für einen Trelliscodierer 1000, der zwei Dateneingänge 1001, 1003 umfasst, wobei der zweite Eingang zu einem binären Multiplizierer 1005 übertragen wird, der zusammen mit zwei Verzögerungselementen 1007, 1009 einen dritten Binärwert erzeugt und eine Faltungscodierung einführt. Die drei binären Datenwerte werden zu einem Daten-Mapper 1011 übertragen, der den Datenvektor in den entsprechenden Modulationspunkt umcodiert. Eine ausführlichere Beschreibung der Trelliscodierung findet sich in "Trellis-coded Modulation with Redundant Signal Sets, Part 1: Introduction" von G. Ungerboeck in IEEE Communications Magazine, Februar 87, Bd. 25, Nr. 2, oder in "Trellis Coding" von Christian Schlegel, IEEE Press 1997, ISBN 0-7803-1052-7.
Die BPSK-Daten von den Symbol-Mappern 801-807 werden zu dem zweiten Dateneingang 1003 der Codierer 809-815 übertragen. Wie aus der Umcodierung hervorgeht, verschieben die Daten auf dem ersten Dateneingang 1001 das Kanalsymbol des Unterkanals um 180º. Durch Setzen des ersten Dateneingangs 1001 jedes Codierers können die Kanalsymbole auf jedem Unterkanal somit zueinander gedreht werden, um die Leistungsschwankung zu reduzieren. Der erste Dateneingang 1001 ist für jedes Symbol gedacht, und jeder Codierer ist somit auf den Wert gesetzt, der für den aktuellen Satz von Symbolen auf den Unterkanälen zu der geringsten Leistungsschwankung in Bezug auf die durchschnittliche Sendeleistung führt.
Die Ermittlung der entsprechenden, zu dem ersten Eingang 1001 jedes Codierers zu übertragenden Kompensationsdaten erfolgt vorzugsweise durch Auswertung der Leistungsschwankung für alle möglichen Einstellungen und durch Wahl der Einstellung mit der geringsten Schwankung.
Gemäß einer Ausführungsform werden alle möglichen Einstellungen des Datenkompensationsvektors für alle möglichen Kombinationen der Informationssymbole auf den Unterkanälen ausgewertet. Diese Auswertung kann vor dem Betrieb durchgeführt werden, und die bevorzugten Kompensationsdaten können in einer Speichereinheit gespeichert werden. Dem Speichereingang werden für jedes Symbol die Informationssymbole aller Unterkanäle zugeführt, und es werden die entsprechenden Kompensationsdaten erzeugt, die zu dem ersten Dateneingang 1001 aller Codierer übertragen werden.
Infolge einer Intersymbol-Interferenz kann die Schwankung im Leistungspegel nicht nur von den gerade übertragenen Kanal Symbolen, sondern auch von den zuvor übertragenen Symbolen abhängen. Gemäß einer alternativen Ausführungsform werden die Kompensationsdaten für das aktuelle Symbol nicht nur in Reaktion auf das aktuelle Symbol, sondern auch in Reaktion auf andere, vor oder nach dem aktuellen Symbol übertragene Symbole ermittelt. Insbesondere wenn die Übertragung stoßweise erfolgt, werden die in dem gesamten Paket oder Burst übertragenen Daten vorzugsweise bei der Ermittlung der Kompensationsdaten für die Informationssymbole des Burst in Betracht gezogen. Vorzugsweise erreicht man dies durch Auswerten der Leistungsschwankung im Verlauf des Burst für alle möglichen Datenkombinationen in dem Burst und für alle möglichen Kompensationsdatenkombinationen vor dem Betrieb, und die optimale Wahl der Kompensationsdaten wird in einer Speichereinheit gespeichert. Während des Betriebs wird der während des Burst zu übertragende Datensatz zu der Speichereinheit übertragen, und den entsprechenden Satz von Kompensationsdaten erhält man auf dem Ausgang der Speichereinheit.
Beim Empfang des gesendeten Signals demoduliert und decodiert der Empfänger den in der Technik bekannten Trelliscode. Da jedoch der erste Dateneingang 1001 keine Informationen trägt, sondern ausschließlich zur Reduzierung der Leistungsschwankung bei der Übertragung verwendet wird, kann das entsprechende Bit in dem Empfänger ignoriert werden.
Da für jedes Informationssymbol ein Kanalsymbol erzeugt wird, nimmt die Symbolrate und somit die Bandbreite der Übertragung durch die Trelliscodierung und die Verminderung der Leistungsschwankung nicht zu. Ferner wird die Energie pro Symbol der Information und pro Kanalsymbol vorzugsweise identisch gehalten. Da sich der Mindestabstand zwischen Modulationspunkten verringert, wird der uncodierte Symbolfehler größer, doch wird dies durch die Trelliscodierung kompensiert. Die Erfindung ermöglicht somit eine Verringerung des Spitze-Mittelwert-Verhältnisses, ohne die Sendeleistung oder die Bandbreite der Übertragung zu vergrößern.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird die Vorwärtsfehlerkorrekturcodierung nicht auf jedem Unterkanal unabhängig vorgenommen, sondern erfolgt durch Anwendung der Fehlerkorrektur auf den Satz von Daten auf den Unterkanälen. Bei dieser Ausführungsform wird das Kanalsymbol in einem Unterkanal von den Informationssymbolen in anderen Unterkanälen und nicht einfach von den Informationssymbolen in dem aktuellen Unterkanal abhängen.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die auf einen CDMA-Unterkanalsender mit QPSK-Informationssymbolen anwendbar ist, werden die Informationssymbole unter Verwendung der Trelliscodierung in 16 QAM-Symbole (QAM = Quadratur-Amplitudenmodulation) codiert. Dies führt zu einer ähnlichen Leistung wie bei QPSK für dieselbe Übertragungsbandbreite und Sendeleistung und liefert ein redundantes Bit zum Drehen jedes Kanalsymbols, was eine Verringerung der Schwankungen im Leistungspegel erlaubt. Diese Aus führungsform eignet sich für das durch das Europäische Institut für Telekommunikationsnormen (ETSI) genormte universelle Mobilfunk-Telekommunikationssystem (UMTS).
Für den Fachmann wird es offensichtlich sein, dass auch noch andere Fehlerkorrekturschemata wie zum Beispiel Blockcodierung oder Faltungscodierung anstelle der Trelliscodierung verwendet werden können.
Zusätzlich zu der in die Codierer eingeführten Vorwärtsfehlerkorrekturcodierung kann auf die Daten auch eine herkömmliche, in der Technik wohlbekannte Vorwärtsfehlerkorrekturcodierung angewandt werden. Als spezielles Beispiel mit Bezug auf Fig. 2 kann ein Viterbi-Codierer zwischen der Datenquelle 201 und dem Serien-Parallel-Umsetzer 203 eingefügt oder mit jedem Unterkanalausgang des Serien- Parallel-Umsetzers 203 verbunden werden. Auf der Empfangsseite wird ein Viterbi-Decodierer am Ausgang des Parallelserien-Umsetzers 215 bzw. an jedem Unterkanaleingang zu dem Parallel-Serien-Umsetzer 215 eingefügt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform werden die Kompensationsdaten nicht einfach am Empfänger ignoriert, sondern demoduliert, und man erhält einen Schätzwert der empfangenen redundanten Kompensationsdaten. Dieser Schätzwert wird zur Bewertung einer Übertragungsqualität verwendet, indem man vorzugsweise die Fehlerwahrscheinlichkeit der empfangenen Kompensationsdaten bewertet. Zum Beispiel kann in dem Empfänger eine Speichereinheit vorgesehen werden, die die vorausberechneten Kompensationsdaten für die in dem Sender verwendeten aktuellen Informationssymbole enthält. Nach Demodulation und Decodierung können die empfangenen Informationssymbole als Eingang für die Speichereinheit in dem Empfänger verwendet werden, die die entsprechenden Kompen sationsdaten ausgeben wird. Diese können mit den empfangenen Kompensationsdaten verglichen werden, und der Unterschied zwischen den beiden wird die Fehlerwahrscheinlichkeit und damit die Übertragungsqualität angeben.
Zu jedem Unterkanal gehört normalerweise ein vorgegebenes Übertragungsformat, und dies kann je nach den Anforderungen und Bedingungen des Kommunikationssystems vordefiniert und adaptiv modifiziert werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Übertragungsformat auf den verschiedenen Unterkanälen verschieden. Zum Beispiel kann ein Unterkanal 8-PSK-Kanal Symbole zur Übertragung von BPSK- Informationssymbolen verwenden, während ein anderer Unterkanal gleichzeitig 16 QAM-Kanalsymbole zur Übertragung von QPSK-Informationssymbolen verwenden kann. Ein weiteres Beispiel besteht darin, dass Übertragungen nur auf einigen Unterkanälen stattfinden, während andere Unterkanäle keine Übertragungen haben. Vorzugsweise wird die Codierung bei dieser Ausführungsform auf jedem Unterkanal unabhängig durchgeführt.
Alternativ oder zusätzlich kann der Leistungspegel der Übertragungen in jedem Unterkanal verschieden sein, und die entsprechende Codierung kann sich dementsprechend ändern. Wenn zum Beispiel vier Unterkanäle beispielsweise auf dem doppelten Leistungspegel von vier anderen Unterkanälen übertragen werden, kann die Codierung für eine verminderte Leistungsschwankung gemäß der vorliegenden Erfindung nur auf diese vier Unterkanäle angewandt werden.
Die Codierung und Anwendung der beschriebenen Technik kann dynamisch geändert werden, damit sie den aktuellen Bedürfnissen und Bedingungen gerecht wird. Insbesondere wird sich in einem zellularen Kommunikationssystem die Sende leistung einer Mobilstation mit der Entfernung zwischen der Basisstation und der Mobilstation ändern. Wenn die Mobilstation von der Basisstation weit entfernt ist, wird die Sendeleistung nahe bei dem Maximum liegen, und um einen hohen Wirkungsgrad ohne Verzerrung des gesendeten Signals sicherzustellen, müssen die Leistungsschwankungen auf ein Minimum reduziert werden. Wenn sich jedoch die Mobilstation nahe bei der Basisstation befindet, wird ein wesentlich niedrigerer Leistungspegel übertragen und der Wirkungsgrad wird durch Leistungsschwankungen nicht signifikant beeinflusst. Auf dem niedrigen Leistungspegel wird der Leistungsverstärker ferner nicht einer Begrenzung oder nichtlinearen Verstärkung nahe sein, und die Verzerrung wird somit signifikant reduziert.
Demzufolge kann das Verfahren zum Vermindern von Leistungsschwankungen nur auf Mobilstationen angewandt werden, die nahe beim Rand der Zellen liegen, aber nicht auf Mobilstationen, die nahe bei der Basisstation liegen und daher mit geringer Leistung senden. Ein flexiblerer Ansatz besteht darin, die Übertragungsraten für Informations- und Kanalsymbole und damit den Codieralgorithmus entsprechend den aktuellen Bedingungen zu ändern.
Die Symbol-Mapper, Codierer und die Speichereinheit sind vorzugsweise in einem geeigneten Prozessor wie zum Beispiel einem Mikroprozessor oder digitalen Signalprozessor mit zugehörigem Speicher implementiert oder sind alternativ in einer integrierten Schaltung implementiert.
Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass die von den Symbol-Mappers, Codierern und der Speichereinheit ausgeführte Funktion in eine einzelne Einheit integriert sein kann, die die Kanalsymbole in Reaktion auf die Daten er zeugt. Die einzelne Einheit kann ferner den Serien- Parallel-Umsetzer umfassen.
Die Erfindung ist anwendbar auf zellulare Systeme, wobei die Erfindung angewendet werden kann auf Nur-Aufwärts- Übertragungen, Nur-Abwärts-Übertragungen oder auf Aufwärts- und Abwärts-Übertragungen. Sie kann ferner in dem gesamten System angewandt werden, oder sie kann wahlweise für spezielle Mobilstationen oder Basisstationen verwendet werden.
Für den Fachmann ist offensichtlich, dass die Erfindung nicht auf ein zellulares Kommunikationssystem oder auf Funkübertragung begrenzt ist, sondern auch auf andere Arten der Unterkanalübertragung anwendbar ist.

Claims

1. Kommunikationssystem mit verminderter Leistungsschwankung, bei dem Daten über mehrere Unterkanäle übertragen werden, wobei das System folgendes umfasst:

wenigstens eine Einrichtung zum Erzeugen von Informationssymbolen;

wenigstens einen Codierer zum Codieren von Informationssymbolen in Kanal Symbole höherer Ordnung mit im Wesentlichen derselben Symbolrate, wobei die Codierung in Reaktion auf ein Vorwärtsfehlerkorrekturschema erfolgt und die Wahl zwischen redundanten Symbolwerten umfasst, um die Leistungsschwankung des kombinierten Signals zu vermindern, und

einen Unterkanalsender zur Übertragung von Kanalsymbolen auf einzelnen Unterkanälen in einem kombinierten Signal, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Informationssymbol ein Kanalsymbol erzeugt wird.

2. Kommunikationssystem mit verminderter Leistungsschwankung nach Anspruch 1, bei dem die Codierung von Informationssymbolen in Kanalsymbole höherer Ordnung für jeden Unterkanal unabhängig erfolgt.

3. Kommunikationssystem mit verminderter Leistungsschwankung nach Anspruch 1, bei dem das Vorwärtsfehlerkorrekturschema auf mehreren Unterkanälen verwendet wird.

4. Kommunikationssystem mit verminderter Leistungsschwankung nach Anspruch 1, bei dem das Vorwärtsfehlerkorrekturschema ein Trelliscodierschema ist.

5. Kommunikationssystem mit verminderter Leistungsschwankung nach Anspruch 1, bei dem BPSK-Informationssymbole in 8PSK-Kanalsymbole codiert werden.

6. Kommunikationssystem mit verminderter Leistungsschwankung nach Anspruch 1, bei dem der Codierer einen ersten Dateneingang für die Informationssymbole und wenigstens einen zweiten Dateneingang für Kompensationsdaten umfasst, wobei das Kommunikationssystem ferner eine Einrichtung zum Erzeugen von Kompensationsdaten umfasst, die die Amplitudenschwankungen des kombinierten Signals reduzieren.

7. Kommunikationssystem mit verminderter Leistungsschwankung nach Anspruch 6, bei dem die Einrichtung zum Erzeugen von Kompensationsdaten eine Speichereinheit mit vorausberechneten Kompensationsdaten umfasst.

8. Kommunikationssystem mit verminderter Leistungsschwankung nach Anspruch 6, bei dem die Ermittlung der Kompensationsdaten für die aktuellen Informationssymbole in Reaktion auf die Intersymbol-Interferenz zu oder von umgebenden Symbolen erfolgt.

9. Kommunikationssystem mit verminderter Leistungsschwankung nach Anspruch 6, bei dem der Empfänger Schätzwerte der Kompensationsdaten erzeugt und eine Übertragungsqualität in Reaktion auf die Schätzwerte der Kompensationsdaten bewertet.

10. Kommunikationssystem mit verminderter Leistungsschwankung nach Anspruch 1, bei dem jeder Unterkanal ein zugehöriges Übertragungsformat hat und wenigstens ein Merkmal des Übertragungsformats der Unterkanäle zwischen wenigstens zwei Unterkanälen verschieden ist.

11. Kommunikationssystem mit verminderter Leistungsschwankung nach Anspruch 1, bei dem für die Kommunikation über die Unterkanäle ein orthogonales Frequenzmultiplex-Schema (OFDM-Schema) verwendet wird.

12. Kommunikationssystem mit verminderter Leistungsschwankung nach Anspruch 1, bei dem für die Kommunikation über die Unterkanäle ein mit einer Vielzahl von Codes arbeitendes Codemultiplex-Schema (CDMA-Schema) verwendet wird.

13. Verfahren zum Vermindern der Leistungsschwankung in einem Kommunikationssystem, bei dem Daten über mehrere Unterkanäle übertragen werden, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

es werden Informationssymbole erzeugt;

es werden Kanalsymbole auf einzelnen Unterkanälen in einem kombinierten Signal übertragen;

es werden Informationssymbole in Kanalsymbole höherer Ordnung mit im Wesentlichen derselben Symbolrate codiert,

wobei die Codierung in Reaktion auf ein Vorwärtsfehlerkorrekturschema erfolgt und die Wahl zwischen redundanten Symbolwerten umfasst, um die Leistungsschwankung des kombinierten Signals zu vermindern, und

es werden die Kanal Symbole höherer Ordnung empfangen und die Informationssymbole werden wiederhergestellt, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Informationssymbol ein Kanalsymbol erzeugt wird.